「失能者」也能和這個世界聊聊

吉米·亨德森、克里希納·申諾伊與他們研發的腦內微晶元。斯坦福大學官方網站

丹尼斯·迪格雷微笑注視著面前的虛擬鍵盤屏幕，在這位64歲的高位截癱者身邊，斯坦福大學頂尖的腦科學家正在測試，他是否能通過最新研製的腦機介面微晶元，僅憑想象操控游標，拼寫出要表達的辭彙。

迪格雷看起來很平靜，他腦內上千個指揮手臂運動的神經元隨思想高速運轉。在正常人腦內，神經元發出的特定電信號能夠驅動肢體。但對迪格雷這類失去行動能力的人來說，這些信號被植入大腦的感測器捕捉、輸送，經過演算法加工，變成操縱電腦的指令。

斯坦福大學的實驗室鴉雀無聲。迪格雷輪椅前的屏幕上，游標幾乎毫無停頓地快速移動，點擊著他想要的字母。

1分鐘的測試結束，他拼出了8個單詞，39個字母。實驗室爆發出掌聲，斯坦福大學近期的這項試驗刷新了同類技術能達到的最高速度。對於那些雖有清醒大腦，但卻無法運動、無法表達的「失能者」來說，這意味著他們有望將腦內奔騰不息的思想重新投射到現實。

中風、漸凍症、長期高位截癱等疾病都可能將人拖入這種境地。20年前，法國時尚雜誌《ELLE》總編輯讓－多米尼克·鮑比突發中風，只剩左眼能眨動。他讓助手念出字母，通過眨眼確認，藉此拼寫出《潛水鐘與蝴蝶》一書。書的扉頁上寫道：「我的肉體已沉重如潛水鐘，但內心仍渴望像蝴蝶般自由飛翔。」

之後兩年，腦機介面成為生物醫學界的熱門概念。各國科學家都在嘗試撬開失能者靜默的外殼，聆聽他們頭腦內的吶喊。

更快，更小，更準確

當迪格雷「敲」完字母后，項目負責人之一的吉米·亨德森醫生激動地摟住他大喊：「老兄，這都快趕上我拿手機打字的速度了！」

這是「腦機介面」始終追求的目標：更快的速度，更強的識別大腦意識的能力。

上世紀60年代以來，科學家一直在尋找讓失能者輕鬆表達自己的辦法。罹患漸凍症的物理學家霍金，如今佩戴著眼動電腦，通過紅外線感知眼球的轉動選擇字母，再用眨眼或面部肌肉抖動鎖定它。這是目前類似病患與外界交流的主要辦法。

不幸的是，失能者的癥狀很可能加重。霍金一度有3根手指能動，如今卻連面部肌肉都已僵硬，即使配有頂尖演算法的聯想輸入，每分鐘也只能拼寫五六個單詞。還有很多漸凍症患者，病情加重后甚至無法控制自己的眼球。

但他們依然有著豐富的想象力和強烈的交流慾望。清華大學醫學院的高小榕教授是最早研究腦機介面的科學家之一，他告訴青年報·中青在線記者：「如果表達是人類最基本的自由，腦機介面就是守護人類自由的底線。」

與已有方法相比，這條「底線」潛力更大。斯坦福腦機介面項目的另一位負責人克里希納·申諾伊教授直言：「只有腦機介面有能力傾聽並表達隱藏在神經元里的聲音。」

這意味著，腦機介面的終極目標是感知大腦全部所思所想，再瞬間解碼成電子指令，在機器上實時表達。如果這個目標得以實現，失能者可以用計算機合成語音，與人自如交談，或者控制假肢自由生活。

清華大學醫學院洪波教授曾撰文解釋，30年前，人們通過頭皮上的電極，僅能分辨神經元傳達的「是」和「否」信息——頭頂會產生一陣特殊而微弱的腦電波。這和讓－多米尼克·鮑比的字母表類似，在實用層面，效率很低。

到了21世紀，人類才穿過頭皮表層，將腦機介面置入腦內運動皮層。從原理上講，計算機不僅能替病人回答「是」或「否」，還能告訴外界，往左、往右、前進、後退。在感測器足夠發達的情況下，還能反饋外界的刺激，讓主人感受到模糊的「觸感」。

近幾年，歐美已實現30多例植入式腦機介面的人體臨床試驗。中風失能15年的老太太，用腦機介面傳達的意念控制機械手，為自己端上了熱乎乎的咖啡。因車禍截癱的年輕人，操控假肢與歐巴馬握手，並感受到手的觸覺。

十幾年前，申諾伊往猴子腦內植入的電極還像電路板一樣。現在，放入迪格雷腦內的超級晶元比10毫克的小藥片還小，上百個電極感知著迪格雷大腦運動皮層的變化。

「過去我們感應腦電波，如同站在演播室外聆聽觀眾的鼓掌叫好。現在，我們則能站在指定觀眾面前，看著他。」亨德森醫生說，神經感測技術改進的追求還包括「更小」，讓植入腦內的電極更加不易耗損，同時用「微創」降低手術感染風險。更重要的是，斯坦福研究團隊一直致力於探索神經元活動和運動的具體關係，不斷優化將腦內電信號轉化為計算機指令的演算法。

這是迪格雷實現快速拼寫的重要原因，浙江大學求是高等研究院的張韶岷副教授總結道：過去，人們對大腦這個「黑箱」的複雜運作過程知之甚少，對演算法的改進更像無數次嘗試后總結出的粗淺規律，來估計輸入信號和結果之間的關係。而現在，隨著腦科學的發展，人類可以更高效、有針對性地改進演算法。

各學科聯合起來

儘管整個學界都在為斯坦福大學的成功歡欣雀躍，亨德森醫生想起向腦內植入晶元的那場手術，仍會脫口而出：「太難了！」

即使是擁有幾十年臨床經驗的頂尖醫生，在大腦中特定位置準確插入一枚微小的晶元也並不容易。亨德森清晰地記得，歷時4小時的手術完成後，助手團隊興高采烈地出去吃披薩餅，他卻癱倒在手術室的椅子上。

這項研究因為太前沿，充滿了不確定性。2006年，高位截癱的美國年輕人馬修·內格爾作為「第一個吃螃蟹的人」，接受了腦內電極移植，一度成功用思維控制屏幕游標，查郵件、玩遊戲。但第二年，電極在腦內引發了感染，他因此去世。

10年過去了，依舊有很多問題制約著腦機介面的發展。

高小榕稱之為「兩難選擇」。將電極植入腦內的有創腦機介面，感染風險迄今難以完全規避。植入大腦的電極作為外來物，會引起排異反應，形成疤痕組織。少則兩三月，多則一兩年，電極會被這些疤痕組織包裹，喪失感應腦電信號的能力。

也有不少科學家致力於研究無創的腦機介面，人只需戴上布滿電極的頭盔。但缺點在於感知腦電信號的能力實在太弱，「如同在10萬人的體育場里聽聲音尋找一個人。」

高小榕表示，目前無創腦機介面的臨床試驗，都要先在受試者頭皮塗上導電膏，只有處在安靜的實驗室環境中，才能取得比較好的效果。導電膏只需2小時就會幹結在頭皮上，顯然還不具備在現實中推廣的條件。

生物醫學無法獨自解決這麼多問題，這項技術必須跨界。

斯坦福大學的腦機介面實驗室，匯聚了生物醫學、信息工程、臨床醫學、材料學甚至物理學等多個領域頂尖專家。申諾伊教授曾是純粹的信息工程學家，12年前，他在一場學術會議上碰到了亨德森醫生，才意識到將電極置入人腦之內是完全可行的。

「這是一場化學般的反應。」申諾伊說。

現在，腦機介面領域最有前景的突破，幾乎都是跨界得來的。通信學家試圖用乾電極取代導電液感知腦電信號，生物醫學和信息工程學家忙著探索腦神經元的運轉奧秘，計算出更優的演算法，臨床醫生努力降低感染的風險。

材料科學也大展身手。一種名為聚乙撐二氧噻吩的人造導電聚合物的反應速度已經比天然的神經細胞還快兩倍，傳輸神經系統電子信號的效率更是當前使用的金屬材料的10倍。有的科學家還在電極中成功加入抗炎因子，大大降低了手術感染的風險。

這些前景令張韶岷對腦機介面的未來充滿信心：「半個世紀以前，我們還覺得在腦內放置電極治療帕金森病，在心臟內放支架是天方夜譚呢。」

申諾伊和亨德森樂觀地預測，不出10年，迪格雷腦內的這張晶元能就幫助全世界失能者重新發出自己的聲音。

最酷的電子遊戲

看到新聞，張韶岷很好奇，丹尼斯·迪格雷為什麼願意接受這場試驗。

10年前，迪格雷在大雨中滑倒，折斷脊椎，造成頸部以下高位截癱。但比起重度中風和漸凍症患者，他仍可以自由說話，完全不需要藉助晶元來翻譯自己的想法。

不過，迪格雷壓根兒不介意科研人員往他大腦里放置小東西，他甚至對亨德森笑著說：「這是我玩過最酷的電子遊戲。」在他看來，能參與人類最尖端的科學嘗試，本身就是很棒的事。

張韶岷想起他在美國布朗大學做博士后項目的經歷，他所在的科研團隊，在臨床試驗中得到兩位身患漸凍症的老人的全力支持。

每周3到5天，科研團隊都要在老人家中反覆進行枯燥的試驗，經常持續七八個小時。患者家屬還會擺好飯菜，和技術人員一起用餐。

「這些人認為參與試驗也是人生價值的實現。」張韶岷坦陳，目前在國內開展相關實驗，還有很長的路要走。

的醫療監管部門目前還不允許植入腦內的腦機介面試驗。為了取得臨床的一手資料，浙江大學的科學家退而求其次，只打開顱骨但不進入大腦，在大腦表面進行研究。

即使如此，願意配合的志願者依舊寥寥無幾。

高小榕覺得，的腦機介面技術難以向臨床實踐轉化，有著非常複雜的背景。的醫療文化偏向保守是其一，社會資本的冷漠也難辭其咎。「在國外，有大量企業關注這個研究方向，臨床志願者能拿到物質補貼，沒有這個體系。」

他也坦言，自己的實驗室目前主要進行理論推進，臨床轉化做得不多。這是因為大學的學術評價體系仍以發表論文為主，在這個體系下，臨床試驗太費時間，「吃力不討好。」

1999年，高小榕曾把簡單的腦電感應設備和電器開關連接，讓殘疾人不用移動，就能控制電風扇、收音機、電燈。這個原始的腦機介面在當時引起了轟動，也讓高小榕意識到，無論是殘疾人，還是更嚴重的失能者，他們對自由的渴望不會比健康人少一絲一毫。

在《潛水鐘與蝴蝶》出版兩天後，讓－多米尼克·鮑比離開了人世。他拼盡全力寫出了兒時吃過臘腸的美味，健康時泡澡的溫暖，也記錄了患病後訪客的自言自語、理療師的溫柔以及親人不經意間垂下的淚珠。

腦機介面未來追求的目標，是讓失能者不必惜字如金，不必追求意義，他們可以隨便聊聊，隨便得就像迪格雷用意念敲出的那句話：「矯健的棕色狐狸越過了慵懶的狗。」